測量にあたって天体観測を活用することで、観測地の緯度や経度を求めることができるため、地図の精度が向上する。このことは忠敬が測量を始めるおよそ80年前に建部賢弘が指摘していた。しかしそれを実行に移したのは忠敬が初めてである。忠敬は測量中、晴れていれば必ず天体観測を行うようにしており、宿泊場所も観測器具が置けるだけの敷地があるところを指定していた。全測量日数3,754日のうち、1,404日は天体観測を行っている。おもな観測内容は、恒星の南中高度、太陽の南中、日食、月食、木星の衛星食などである。また、文化2年（1805年）に家島で彗星を見たという記録が残っている（ビエラ彗星と推定される）。
導線法とは、2点の距離と方角を連続して求める方法である。測量を始める点に器具を置き、少し離れたところに梵天（竹の棒の先に細長い紙をはたきのように吊るしたもの）を持った人を立たせる。そして、測量開始地点から梵天の位置までの距離と角度を測る。測り終えたら、器具を梵天の位置まで移動し、別の場所に梵天持ちを立たせ、同じように距離と角度を測る。これを繰り返すことで測量を進めていく。導線法を長い距離にわたって続けると、だんだん誤差が大きくなってくる。その誤差を修正するために交会法が使われる。交会法とは、山の頂上や家の屋根など、共通の目標物を決めておいて、測量地点からその目標物までの方角を測る方法である。導線法で求めた位置が正しければ、それぞれの測量地点と目標物を結ぶ直線は一点で交わるため、この方法で導線法による誤差を確かめることができる。さらに忠敬はこれに加えて、富士山などの遠くの山の方位を測って測量結果を確かめる遠山仮目的（えんざんかりめあて）の法などを活用している。
忠敬が測量でおもに使用していた方法は、導線法と交会法である。これは当時の日本で一般的に使われていた方法であり、実際に測量作業を見学した徳島藩の測量家も、伊能測量は特別なことはしていないと報告している。当時の西洋で主流だった三角測量は使用していない。忠敬による測量の特徴的な点は、誤差を減らす工夫を随所に設けたことと、天体観測を重視したことにある。
忠敬死後、地図は幕府の紅葉山文庫に納められた。その後の文政11年（1828年）、シーボルトがこの日本地図を国外に持ち出そうとしたことが発覚し、これに関係した日本の蘭学者（高橋景保ら）などが処罰される事件が起こった（シーボルト事件）。シーボルトは内陸部の記述を正保日本図などで補っているため、実際の地形と異なる地形が描かれている。江戸時代を通じて伊能図の正本は国家機密として秘匿されたが、シーボルトが国外に持ち出した写本をもとにした日本地図が開国とともに日本に逆輸入されてしまったため、秘匿の意味がなくなってしまった。慶応年間に勝海舟が海防のために作成した地図は、逆輸入された伊能図をモデルとしている。伊能図は明治時代に入って、「輯製二十万分一図」を作成する際などに活用された。この地図は、のちに三角測量を使った地図に置き換えられるまで使われた。伊能図の大図については、幕府に献上された正本は明治初期、1873年の皇居炎上で失われ、伊能家で保管されていた写しも関東大震災で焼失したとされる。しかし2001年、アメリカ議会図書館で写本207枚が発見された。その後も各地で発見が相次ぎ、現在では地図の全容がつかめるようになっている。2006年12月には、大図全214枚を収録した『伊能大図総覧』が刊行された。
青州刺史酈範の子として生まれた。太和年間、尚書主客郎となった。御史中尉の李彪に見出されて、治書侍御史として召された。輔国将軍・東荊州刺史に累進した。その統治は厳しく、少数民族たちが都に直訴したため、道元は免官された。長らくを経て、河南尹の代行として任用され、まもなく正式に河南尹となった。孝明帝が沃野鎮・懐朔鎮・薄骨律鎮・武川鎮・撫冥鎮・柔玄鎮・懐荒鎮・禦夷鎮の諸鎮を州に改め、その属する郡・県・戍を古い城邑の名になぞらえて新たに設置する方針を示した。道元は命を受けて持節・兼黄門侍郎として、都督の李崇とともに新たな州県を設置し、定員を調整し、辺境の防備を再構築しようとした。しかし六鎮の乱が起こったため、使命を果たすことなく洛陽に帰った。525年（孝昌元年）、徐州刺史の元法僧が彭城で反乱を起こし、南朝梁の援軍を求めると、道元は持節・兼侍中・摂行台尚書となり、諸軍を統率して梁軍を攻撃した。梁軍が渦陽で敗れると、道元はこれを追い討って、多くの戦果を挙げた。ほどなく安南将軍・御史中尉に任じられた。道元は御史の任にあって厳しく法を適用して諸官を告発した。汝南王元悦の寵童の丘念を処刑すると、元悦は霊太后に訴えて丘念を釈放させたため、道元は元悦を弾劾した。元悦はこのことを恨んで、道元を放逐しようと図った。527年（孝昌3年）10月、道元は雍州刺史蕭宝寅の反乱計画を調査する名目で、関右大使として関中に派遣された。途中の陰盤駅亭で蕭宝寅の派遣した郭子恢らに襲撃され、殺害された。道元は学問を好み、奇書をよく読んだ。『水経』40巻や『本志』13篇に注をほどこし、また『七聘』ほかの諸文章を作って、当時に通行した。しかし道元の性格を嫌っている者も多く、当時の評価は高いとは言えなかった。